TiO2反蛋白石等级孔结构薄膜材料光催化性能中，首次通过实验和模拟计算证实了液相反应中慢光子效应对光催化性能确实有大幅提升，液相中慢光子效应也进一步在ZnO反蛋白石等级孔结构薄膜的研究中被证实。这一重要的发现在降低温室效应、保护环境和太阳能转化方面有着广泛的潜在应用。3DOM结构慢光子效应的研究主要以薄膜样品作为研究主体，这是由于薄膜样品更容易实现入射光角度调节。研究了ZnO量子点与TiO2反蛋白石复合结构、BiVO4与TiO2反蛋白石复合结构等对光催化性能的影响，但是，在固体粉末状三维有序大孔结构光子晶体中实现慢光子效应依然是困扰研究者们的一个难题。根本原因在于固体粉末在液相光催化性能测试过程中，不断搅拌引起的取向变换会导致慢光子效应不能持续发生作用。因此，本工作着手于3DOM结构的精细设计，首次实现了固体样品在光催化过程中保持各向同性，从而确保慢光子效应的持续发生。通过实验不仅验证了蓝边慢光子效应的光催化增强效果，并且证实了蓝边慢光子效应比红边慢光子效应具有更好的增强效果。这为通过对3DOM结构的精细设计来进一步提高材料的性能提供了依据。
首次设计了基于三维有序大孔(3DOM) TiO2骨架、Au作为电子传输媒介、CdS作为可见光下光催化产氢的活性物质的三元梯度TiO2-Au-CdS光子晶体粉末材料。这种梯度三元光催化剂有利于同时提高光吸收、延长光响应区和降低电荷载体的复合率。更重要的是，发现在蓝边的慢光子比红边的光催化活性要高得多。三元组分光子晶体结构的大孔孔径为250nm时，伴随蓝边慢光子效应，极大地提高了入射光子的利用效率，其较高的可见光H2的生产速率为3.50 mmol h−1 g−1（CdS含量仅约20%）。
图文导读
图1. 材料合成示意图
(a) 3DOM TAC制备过程示意图；
(b) 3DOM TiO2 -250的SEM图；
(c) 3DOM TAC-250的SEM图；
(d) 3DOM TAC 在不同照射角度的光反射模拟图；
图2. XRD图
3DOM TAC不同大孔尺寸的XRD图；
图3. 3DOM TAC-250的SEM图
(a) HAADF-STEM图
(b) HRTEM图和相应的FFT图
(c-f) EDX 元素分布图
图4.反射光谱研究
(a) 340nm大孔尺寸的3DOM TiO2, 3DOM TiO2-Au，3DOM TiO2 -Au-CdS 的反射光谱；
(b) 3DOM TAC 不同孔径的反射光谱；
(c) 3DOM TAC-250的反射光谱；
(d)3DOM TAC-340 在不同入射光角度的反射光谱；
图5. 性能表征
产H2 和(b) 相应在可见光下没有3DOM的TAC的H2 产率以及三元梯度3DOM TAC光催化剂的H2 产率；
图6. 反射光谱
(a) 反射光谱和 (b) 3DOM TAC-380, 3DOM TAC-410，3DOM TAC-450的产氢性能；
图7. PL光谱表征
(a,b) PL光谱(c,d)不同孔径的3DOM TAC的瞬态光电流；
图8. 慢光子效应示意图
慢光子效应的示意图说明三元梯度3DOM TAC光子晶体光催化剂可见光产氢机理；
基于三维有序大孔(3DOM) TiO2骨架的三元梯度TiO2-Au-CdS光子晶体，其中Au作为电子传输媒介，CdS作为可见光下光催化产氢的活性材料。这种梯度三元光催化剂有利于同时提高光吸收，降低因搅拌引起的取向改变的问题，拓宽了复合材料的光响应范围，降低了光生电子空穴的复合率。特别地，研究人员通过改变孔径尺寸将慢光子能量与CdS的本征吸收光能量进行匹配来实现慢光子效应，当大孔孔径为250nm时，样品对应发生蓝边慢光子效应，其可见光产氢速率为3.50 mmol h−1 g−1，更高于红边慢光子效应。
反蛋白石结构的碳包覆过渡金属硫化物量子点纳米复合材料(3DOM TMs-QDs@NC)
基于反蛋白石结构和石墨烯复合材料
N 掺杂TiO2 反蛋白石结构材料
反蛋白石结构锗三维光子晶体
Cu_2O与ZnO反蛋白石的复合材料
三维FTO反蛋白石结构光子晶体
反蛋白石结构的TiO2光子晶体
具有异质结的反蛋白石结构光催化材料
反蛋白石结构水凝胶光子晶体
高分子树脂反蛋白石结构材料
反蛋白石结构的氧化钛阳极材料
有序胶体晶体模板(蛋白石)
三维有序大孔TiO2微球(反蛋白石)
蛋白石结构（Opal based structure）和反蛋白石结构（Inverse-Opal-based structure）的三维有序多孔碳材料封装Co/Co3O4吸波复合材料（Co@Co3O4/NMCS和Co@Co3O4/NMmC）
硫化镉反蛋白石结构光子晶体薄膜
氢还原TiO2反蛋白石结构
反蛋白石结构的三维有序非晶态多孔硅光子晶体
ZnO-SiO_2复合蛋白石和ZnO反蛋白石
反蛋白石结构的氧化锌薄膜
反蛋白石结构Si@SiOx复合材料
三维ATO反蛋白石结构
反蛋白石结构的硅质壳/氧化钛
反蛋白石结构的硅质壳/掺N氧化钛
反蛋白石结构的木耳状的生物形状氧化钛
反蛋白石型氧化锆光子晶体
反蛋白石结构的钴掺杂GO.Ti02光子晶体
TiO2反蛋白石结构量子点
反蛋白石结构的稀土材料
反蛋白石结构微球
反蛋白石结构的Ni掺杂的TiO2光子晶体
不同孔径的TiO_2反蛋白石光子晶体薄膜
聚乙二醇双丙烯酸酯反蛋白石骨架
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ZnO-CuO 复合材料形成的三维反蛋白石(3D IO)结构
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zzj 2021.3.29